梅州市20200522“龍舟水”暴雨過程分析

陳金星，羅碧瑜，余東柏，李丹霞，潘 艷

(1.大埔縣氣象局，廣東 大埔 514299；2.梅州市氣象局，廣東 梅州 514000)

梅州市位于廣東省東北部，處于東經(jīng)115°18′至116°56′，北緯23°23′至24°56′之間，地形主要以山地丘陵為主，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)[1]。梅州的氣候條件優(yōu)越，氣候資源較為豐富，農(nóng)業(yè)為重要產(chǎn)業(yè)支柱。在眾多的氣象災(zāi)害之中，暴雨洪澇災(zāi)害的危害性最大，對(duì)梅州農(nóng)業(yè)的影響最為突出。一旦梅州市出現(xiàn)暴雨洪澇災(zāi)害，其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等必定遭受到嚴(yán)重影響。華南的季風(fēng)性氣候特征極其顯著，其汛期主要分為前汛期和后汛期，而前汛期降水大概占全年降水的40%～50%[2]。5月下旬至6月中旬恰好是端午節(jié)龍舟競渡的時(shí)候，同時(shí)也是廣東省前汛期降水最多、最為集中的時(shí)期[3]。經(jīng)常出現(xiàn)連續(xù)好幾天的暴雨、大暴雨甚至特大暴雨，極其容易誘發(fā)暴雨洪澇災(zāi)害，從而給早稻等農(nóng)作物的生長帶來不利影響，因此稱為“龍舟水”時(shí)期[3]。在“龍舟水”期間，南方暖濕氣流非?；钴S，常與來自北方的冷空氣在華南一帶交匯，進(jìn)而造成大范圍的持續(xù)強(qiáng)降水[4]。錢維宏等[5]分析了龍舟水暴雨過程的擾動(dòng)形勢; 郭圳勉等[6]分析了廣東“龍舟水”近41 a的時(shí)空特征及環(huán)流特征。而發(fā)生于梅州 “龍舟水”暴雨過程的分析案例較少，因此本文選取2020年5月22日梅州地區(qū)發(fā)生的“龍舟水”暴雨過程。以此次“龍舟水”暴雨過程為例，重點(diǎn)探討此次“龍舟水”暴雨過程的形成原因，以此來為準(zhǔn)確預(yù)警預(yù)報(bào)梅州“龍舟水”暴雨過程提供思路，進(jìn)而給做好梅州防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)工作和保障梅州人民生命財(cái)產(chǎn)安全等給予一定參考和借鑒。

2020年5月22日梅州地區(qū)發(fā)生的“龍舟水”暴雨過程，具有降水區(qū)域集中、夜雨性質(zhì)明顯和持續(xù)時(shí)間長等特點(diǎn)。此次“龍舟水”暴雨預(yù)報(bào)過程中采用的產(chǎn)品主要為歐洲數(shù)值預(yù)報(bào)中心的各層環(huán)流形勢場、渦度場和水汽通量散度等數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品。預(yù)報(bào)思路上主要著眼于低層切變線的移動(dòng)以及500 hPa短波槽的東移。此次暴雨過程發(fā)生前，考慮22日有大到暴雨。過程面雨量為30～60 mm，最大小時(shí)雨強(qiáng)為40～60 mm。強(qiáng)對(duì)流天氣主要以短時(shí)強(qiáng)降水為主，部分地區(qū)伴有雷雨大風(fēng)天氣。

1 天氣實(shí)況及影響

2020年5月22日，受低層切變線、冷空氣、地面倒槽和地形的共同影響，梅州市北部地區(qū)出現(xiàn)暴雨、局部大暴雨。從圖1a中可以看出，降水主要集中在梅州市的北部(平遠(yuǎn)縣、蕉嶺縣、興寧市北部和大埔縣北部)。降水量大于100 mm的有兩個(gè)站點(diǎn)，分別為平遠(yuǎn)縣舊觀測場站105.7 mm和興寧市羅浮鎮(zhèn)政府104 mm；降水量大于50 mm、小于100 mm的有40個(gè)站點(diǎn)。從中選出降水量排名前五的站點(diǎn)，繪制這5個(gè)站點(diǎn)的小時(shí)雨量分布圖(見圖1b)，從中可以看出：此次“龍舟水”暴雨過程的降水時(shí)段主要集中在5月22日3:00—9:00，小時(shí)雨強(qiáng)在10～25 mm，持續(xù)小時(shí)數(shù)較長，夜間降水特性明顯。

圖1 5月22日梅州市降雨量a和降雨量排名前5站點(diǎn)的小時(shí)雨量分布b

天氣實(shí)況和預(yù)報(bào)結(jié)論對(duì)比分析后可得：降水量級(jí)預(yù)報(bào)偏小，過程面雨量偏小，最大小時(shí)雨強(qiáng)預(yù)報(bào)偏大，降水量級(jí)南北差異未預(yù)報(bào)出來。

2 雷達(dá)回波分析

從梅州多普勒天氣雷達(dá)的組合反射率因子圖中(見圖2)可以發(fā)現(xiàn)：造成梅州市此次“龍舟水”暴雨過程的雷達(dá)回波從22日02:00—08:00，一直處于梅州市中北部。其回波強(qiáng)度一般，移動(dòng)緩慢，維持時(shí)間長。從圖2a中可以看出：低層切變線22日02:00就南壓到梅州的北部，對(duì)流云系隨之發(fā)展。從圖2b、圖2c和圖2d中可以看出：在之后的幾個(gè)小時(shí)，低層切變線一直位于梅州北部，穩(wěn)定少動(dòng)。對(duì)流單體不停在梅州中北部發(fā)生、發(fā)展和消亡。同時(shí)，低層切變線附近的對(duì)流云系逐漸開始擴(kuò)展，進(jìn)而形成了混合性的對(duì)流云系。此外，還可以看出：整個(gè)過程中，雷達(dá)回波的大值區(qū)都位于梅州的北部地區(qū)，且回波較為松散，主要為層云性降水。

圖2 組合反射率因子示意

3 天氣形勢分析

有利的高空環(huán)流形勢一直都是暴雨過程發(fā)生發(fā)展的一個(gè)重要因素[7]。從圖3中可以看出：此次“龍舟水”暴雨過程發(fā)生時(shí)，梅州市處于順暢的西北氣流控制之下。在西北氣流的引導(dǎo)下，來自北方的冷空氣逐漸下滑、南下，隨之與南支槽槽前的西南暖濕氣流相遇，并于梅州市北部交匯，進(jìn)而觸發(fā)了梅州此次“龍舟水”暴雨過程。

圖3 21日20:00(左)和22日08:00(右)的500 hPa環(huán)流形勢

從圖4中可以看出：5月21日20:00 850 hPa切變線位于南嶺山脈以北地區(qū)，此時(shí)“龍舟水”暴雨過程并未開始。隨著850 hPa切變線逐漸南壓，梅州處于切變線附近的輻合區(qū)，開始出現(xiàn)風(fēng)向和風(fēng)速輻合，上升運(yùn)動(dòng)顯著增強(qiáng)。此時(shí)，來自海上的西南暖濕氣流受到冷空氣觸發(fā)作用影響，梅州市在22日02:00左右開始出現(xiàn)對(duì)流天氣過程。隨著850 hPa切變線的穩(wěn)定少動(dòng)，梅州市降雨維持時(shí)間較長，從而有利于“龍舟水”暴雨過程發(fā)生發(fā)展。之后隨著850 hPa切變線緩慢南壓過境，梅州地區(qū)的降水逐漸開始減弱消散。

圖4 21日20:00(左)和22日08:00(右)的850 hPa環(huán)流形勢

從圖5中可以看出：降水發(fā)生時(shí)，整個(gè)廣東地區(qū)都處于地面倒槽的影響之下，有利于不穩(wěn)定能量的大量積聚，從而使得梅州地區(qū)的不穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)，有利于對(duì)流云系的發(fā)生發(fā)展。當(dāng)?shù)蛯忧凶兙€南壓至梅州市上空時(shí)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，最終使得這些不穩(wěn)定能量得到釋放。

圖5 21日20:00(左)和22日08:00(右)的地面環(huán)流形勢

4 物理量分析

4.1 動(dòng)力條件

高層輻散、低層輻合的高低空配置通常是引發(fā)大氣上升運(yùn)動(dòng)的主要原因[8]。從圖6中可以看出：22日08:00梅州市上空處于200 hPa的西北氣流控制之下，存在明顯的輻散。與之相配合的，在500 hPa上，梅州地區(qū)處于正渦度區(qū)中，表現(xiàn)為輻合場?？梢姟褒堉鬯北┯赀^程發(fā)生時(shí)，梅州市上空形成了高層輻散、低層輻合的高低空配置，為此次“龍舟水”暴雨過程的發(fā)生、發(fā)展和持續(xù)提供了有利條件。

圖6 200 hPa散度場(上)和500 hPa渦度場(下)

4.2 能量條件

對(duì)流有效位能(Convective Available Potential Energy，以下簡稱為CAPE)是度量大氣靜力穩(wěn)定度的基本參數(shù)之一[9]。因?yàn)镃APE考慮的是整個(gè)大氣層結(jié)，而非某幾層的狀態(tài)，所以理論上CAPE值最能確切的反映大氣靜力不穩(wěn)定狀態(tài)[10]。從表1中可以看出：21日20:00，CAPE值相對(duì)前3 d存在顯著增強(qiáng)。即21日夜間至22日凌晨，平遠(yuǎn)(梅州北部)處于大氣不穩(wěn)定狀態(tài)。

表1 平遠(yuǎn)站點(diǎn)的CAPE值

4.3 水汽條件

充足的水汽輸送是暴雨過程發(fā)生發(fā)展中必不可缺的一個(gè)重要條件。一般情況下，水汽主要聚集在700 hPa以下，低層的水汽通量輻合是發(fā)生水汽輻合的一個(gè)重要判斷條件。5月21日20:00(在暴雨天氣過程發(fā)生之前)，從925 hPa的水汽通量場(見圖7上)上來看：梅州地區(qū)處于水汽通量輻合區(qū)之中，水汽輻合十分明顯。從850 hPa的溫度露點(diǎn)差(見圖7下)來看：在850 hPa上，梅州北部地區(qū)的溫度露點(diǎn)差小于1℃，濕度條件良好，為此次“龍舟水”暴雨過程提供了有利的水汽條件。此外，水汽輸送和水汽輻合在梅州地區(qū)集中，加上地面有利的高溫和高濕環(huán)境條件，在850 hPa切變線的抬升觸發(fā)下，極其容易產(chǎn)生低質(zhì)心的對(duì)流云系。低質(zhì)心的對(duì)流云系降雨效率通常比較大，加之切變線維持時(shí)間長，進(jìn)而利于“龍舟水”暴雨過程發(fā)生發(fā)展。

圖7 925 hPa水汽通量(上)和850 hPa溫度露點(diǎn)差(下)

4.4 地形條件

梅州的地形主要以山地丘陵為主，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)[11]。蓮花山脈是粵東地區(qū)的最大山脈地形，山脈以南主要為丘陵和平原，以北則呈現(xiàn)為嶺谷相間面貌[12]。低層的西南暖濕氣流自西向東的移動(dòng)過程中，將受到蓮花山脈的阻擋，進(jìn)而開始爬升并不斷聚集暖濕氣流在蓮花山脈一側(cè)，一定程度上延長了此次“龍舟水”暴雨過程。

5 結(jié)語

1) 每年5月下旬到6月中旬的“龍舟水”是廣東前汛期降水最多、最為集中的時(shí)段，暴雨洪澇災(zāi)害常常在該時(shí)段發(fā)生，對(duì)梅州市的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)增長等造成嚴(yán)重威脅。此次分析結(jié)果表明低層切變線、冷空氣、地面倒槽和地形是此次“龍舟水”暴雨過程的主要影響系統(tǒng)：低層切變線帶來的輻合抬升和冷空氣南下對(duì)此次“龍舟水”暴雨過程具有一定的觸發(fā)和增幅作用；受地面倒槽的影響，不穩(wěn)定能量大量積聚，大氣層結(jié)不穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)，有利于對(duì)流云系的發(fā)生發(fā)展；此外，低層暖濕氣流在移動(dòng)過程中，受到蓮花山脈的阻擋作用，逐漸開始爬升并不斷聚集暖濕氣流于蓮花山脈一側(cè)，在一定程度上延長了此次“龍舟水”暴雨過程。

2) 從此次“龍舟水”暴雨過程預(yù)報(bào)中可以發(fā)現(xiàn)：降水量級(jí)預(yù)報(bào)偏小，過程面雨量偏小，最大小時(shí)雨強(qiáng)預(yù)報(bào)偏大，降水量級(jí)南北差異未預(yù)報(bào)出來。往后，針對(duì)此類“龍舟水”應(yīng)多關(guān)注低層切變線移動(dòng)的預(yù)報(bào)穩(wěn)定度、冷空氣南下的強(qiáng)度和高低空動(dòng)力配置及落區(qū)，從而進(jìn)一步加強(qiáng)降水落區(qū)的精細(xì)化預(yù)報(bào)，提高預(yù)報(bào)精準(zhǔn)度，讓天氣預(yù)報(bào)在防災(zāi)減災(zāi)工作中發(fā)揮出更大的作用。